檢測設(shè)備共享數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)方案

1、檢測設(shè)備共享數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)方案趙炯 熊肖磊（上海同濟大學(xué)機械工程學(xué)院 上海200331）1 綜述為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)化，為了在各個辦公部門聯(lián)網(wǎng)微機上能夠隨時隨地查詢到機務(wù)段中各檢測試驗臺所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計各試驗臺運行使用基本數(shù)據(jù)狀況，了解和跟蹤各種被測機車部件的測試使用數(shù)據(jù)信息，動態(tài)獲取機務(wù)段內(nèi)各檢測試驗臺的使用情況，我們有必要對現(xiàn)有的測試試驗臺分門別類地進行升級改造，以使所有的試驗臺設(shè)備都能達到聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)共享查詢的水平。下面我們首先討論檢測設(shè)備進行數(shù)據(jù)信息聯(lián)網(wǎng)共享的總體設(shè)計思想，給出了具有三個層次的數(shù)據(jù)動態(tài)收集共享方案，然后依總體結(jié)構(gòu)從上到下分別描述了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)和班組數(shù)據(jù)采集查詢系

2、統(tǒng)的原理、功能和實現(xiàn)，接下來討論了對于一臺具體的檢測設(shè)備要達到聯(lián)網(wǎng)的功能所需具備的一定條件以及現(xiàn)有設(shè)備的當(dāng)前狀況，并對這些設(shè)備依據(jù)其控制處理的自動化程度進行了分類，隨后詳細(xì)討論了對各種類型的檢測設(shè)備進行微機化網(wǎng)絡(luò)化改造的具體實施措施。最后討論了整個系統(tǒng)的可擴展性。2 試驗臺網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)試驗臺網(wǎng)絡(luò)并不是一個專用網(wǎng)絡(luò)，它是建立在機務(wù)段現(xiàn)有的Internet互連網(wǎng)的基礎(chǔ)上的一個通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。除了在班組微機與設(shè)備控制微機（包含在試驗臺設(shè)備中）之間具有比較專有的通信協(xié)議以外，班組微機或查詢微機與上位各計算機的通信都是通過標(biāo)準(zhǔn)的互連網(wǎng)協(xié)議進行的（使用Internet TCP/IP通信協(xié)議族）。整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3、的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。圖1. 設(shè)備試驗臺網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)圖1上層中，機務(wù)段服務(wù)器（例如南昌段服務(wù)器）的數(shù)據(jù)庫中保存著整個段內(nèi)所有試驗臺設(shè)備的測試數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以供段內(nèi)所有部門進行查詢訪問，也可以通過路局互連網(wǎng)供其它聯(lián)網(wǎng)的機務(wù)段查詢參考用（當(dāng)然可以設(shè)置一定的訪問權(quán)限）。服務(wù)器中的這些試驗臺數(shù)據(jù)是通過對各個班組微機中信息的動態(tài)收集獲得的，而班組微機中的數(shù)據(jù)信息是對本班組聯(lián)網(wǎng)的試驗臺設(shè)備控制微機（工控微機）中保存的數(shù)據(jù)進行動態(tài)收集獲得的。這里所說的動態(tài)收集是指當(dāng)設(shè)備在運行時，上層微機不斷定時地從指定的下層微機中收集數(shù)據(jù)，這樣當(dāng)下層的微機關(guān)閉以后，上層的微機仍然保存有測試數(shù)據(jù)供更上一層的微機獲取。原理

4、框圖見圖2所示。圖2. 動態(tài)收集下位機數(shù)據(jù)信息流程圖例如，當(dāng)試驗臺設(shè)備在運行狀態(tài)時，其運行結(jié)果數(shù)據(jù)被保存在設(shè)備控制微機中，此時當(dāng)上位的班組微機開啟時，它就會收集到這個試驗臺設(shè)備的運行結(jié)果數(shù)據(jù)。同樣地，段服務(wù)器也在不停地收集本段中所有班組微機中的試驗臺數(shù)據(jù)，如果此時班組微機沒有開啟測試數(shù)據(jù)仍然保存著不會丟失，而待下次班組微機一旦開啟，其中的新試驗臺數(shù)據(jù)就會被服務(wù)器取走。整個試驗臺設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問流程圖見下圖3所示。圖3. 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問流程圖3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為了向網(wǎng)絡(luò)中各個客戶提供試驗臺數(shù)據(jù)的查詢功能，需要有一臺運行著收集各班組試驗臺數(shù)據(jù)的服務(wù)器。服務(wù)器中運行的服務(wù)器軟件采用web界面向廣

5、大客戶提供查詢功能，利用后臺程序定時地收集下位各班組中的數(shù)據(jù)信息并加以統(tǒng)計等處理，以數(shù)據(jù)庫形式存儲這些信息供前臺查詢使用。因此服務(wù)器中的試驗臺系統(tǒng)軟件主要由兩部分組成：a 后臺試驗臺數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計進程；b 前臺web界面查詢服務(wù)進程；服務(wù)器硬件可利用機務(wù)段內(nèi)現(xiàn)有的服務(wù)器設(shè)備，只要在其上運行試驗臺數(shù)據(jù)信息服務(wù)器軟件即可。當(dāng)然也可以采用一臺新的專用服務(wù)器以提供更快捷的查詢能力。4 班組試驗臺數(shù)據(jù)存儲查詢系統(tǒng)與段服務(wù)器試驗臺軟件系統(tǒng)相類似，班組微機也需要有定時地收集下位機（這里是指試驗臺控制微機）中的試驗數(shù)據(jù)信息程序和本地數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢程序。收集數(shù)據(jù)信息的程序?qū)⑾挛粰C的試驗臺數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的處理以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

6、庫格式保存在本地硬盤中，供段服務(wù)器自動地來獲取和供本地查詢程序查詢本班組的試驗數(shù)據(jù)信息。班組微機除了上述功能以外，還能通過段服務(wù)器查詢到本段其它班組的試驗臺數(shù)據(jù)，甚至是路局內(nèi)其它機務(wù)段的試驗臺數(shù)據(jù)信息。5 試驗臺設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)5.1 試驗臺設(shè)備當(dāng)前狀況目前機務(wù)段內(nèi)各部門已配備的機車部件測試試驗臺有各種類型，其自動化程度也具有很大的不同。根據(jù)這些試驗臺的自動化程度我們可以將它們分成3種類型。第一種是全微機化控制的自動化程度最高的試驗臺。整個試驗臺所測出的試驗數(shù)據(jù)信息均可以保存在設(shè)備控制微機的硬盤之中。這種類型的設(shè)備已經(jīng)具有存儲信息和查詢本設(shè)備數(shù)據(jù)信息的功能，具有比較復(fù)雜的控制和數(shù)據(jù)采集處理方式，但對

7、于設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)來說，這種類型的試驗臺已經(jīng)具有非常有利的條件，只要加入網(wǎng)絡(luò)接口硬件并且修改或重新編制控制微機中的軟件即可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。第二種類型的試驗臺設(shè)備主要是由單板機或單片機控制的，其主要功能是通過傳感器采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)由單板機處理之后供LED在操作面板上顯示出來。并有一定的打印功能。這種類型的設(shè)備由于使用了較為低級的處理控制方式，因此可擴展性能很低，顯示信息有限，不能對測試得來得數(shù)據(jù)進行存儲和統(tǒng)計處理，也沒有提供使用TCP/IP聯(lián)網(wǎng)的功能。第三種類型的試驗臺設(shè)備主要是通過傳感器采集數(shù)據(jù)再使用模擬儀表等部件直接顯示出來。沒有對采集的數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計的能力，更沒有存儲打印的功能。5.2 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)必備

8、條件要讓一臺試驗臺設(shè)備能夠達到聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)的條件，那么這臺設(shè)備除了必要的機械部分、電氣控制部分和傳感器部件以外，還需要具備以下的條件或功能：A 具有一臺設(shè)備控制用的工控級微機。B 具有網(wǎng)絡(luò)通信接口。C 微機設(shè)備控制接口。D 設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集軟件。由上我們可以看出，第一種類型的設(shè)備基本上已經(jīng)達到了聯(lián)網(wǎng)的初步條件，而第二、第三種類型的試驗臺設(shè)備則離聯(lián)網(wǎng)的能力差距還很大，需要對其進行較大的改造。主要是采用添加工控微機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口硬件，對傳感器送來的數(shù)據(jù)進行存儲統(tǒng)計和提供查詢能力，提供一定的智能處理能力。并編制相應(yīng)的設(shè)備控制和數(shù)據(jù)處理軟件。6 試驗臺設(shè)備的改造為了達到設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，進行數(shù)據(jù)共享和查詢的

9、目的，對每一臺試驗臺設(shè)備都需要進行一定的改造工作，改造的方案要視一臺試驗臺的具體情況而定。這將根據(jù)具體試驗臺設(shè)備另文敘述。一般來講，我們可以對上面分類的三種類型的試驗臺設(shè)備進行如下的改造活動。6.1 第一類設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)改造這一類試驗臺設(shè)備已經(jīng)具有微機控制和數(shù)據(jù)采集存儲功能，只要對其進行必要的聯(lián)網(wǎng)改造即可，具體的改造方面包括以下兩個方面：a 添加網(wǎng)絡(luò)接口；b 編制控制和數(shù)據(jù)處理軟件；6.1.1 增加網(wǎng)絡(luò)接口功能由于這類試驗臺設(shè)備已經(jīng)包含了工控微機系統(tǒng)，因此只要在其中插入通用的網(wǎng)絡(luò)接口卡并對操作系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)配置即可使設(shè)備具備聯(lián)網(wǎng)的能力。網(wǎng)絡(luò)接口板的選擇可以無須過高的要求，只要具備10M的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率

10、即可。6.1.2 控制和數(shù)據(jù)處理軟件的編制原本這類設(shè)備已經(jīng)具備了設(shè)備控制和一定的數(shù)據(jù)處理的能力，但缺乏對網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)支持的功能，因此對于數(shù)據(jù)處理方面要對軟件進行重新編制工作。視具體情況也可以利用這類設(shè)備現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理軟件。新編制一個外殼程序調(diào)用現(xiàn)有的軟件，并在其中加入聯(lián)網(wǎng)和其它新增的數(shù)據(jù)處理功能。這方面的工作量可能是整個設(shè)備改造活動中最大的部分。6.2 第二類設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)改造在上一節(jié)中我們已經(jīng)知道，這種類型的試驗臺設(shè)備由于采用了單板機作為其控制和處理數(shù)據(jù)的核心，因此如果繼續(xù)保留使用單板機來進行控制和處理，則基本上不能對其進行任何擴展。因此需要放棄單板機的控制而直接采用功能強大的工業(yè)控制微機來作為

11、其控制和數(shù)據(jù)信息處理的核心，這樣才能實現(xiàn)進一步的聯(lián)網(wǎng)功能。具體的改造方面如下：a 添加工控微機系統(tǒng)；b 添加控制設(shè)備接口板；c 添加網(wǎng)絡(luò)接口；d 編制控制和數(shù)據(jù)處理軟件；6.2.1 工控微機系統(tǒng)工控微機其實與現(xiàn)有通用的微機沒有什么質(zhì)的區(qū)別，雖然其價格較通用微機高，但其具有高可靠性、高抗干擾的能力和一定的容錯能力，因此在工作現(xiàn)場一般都要使用工控微機系統(tǒng)。問題在于如何將工控微機的人機操作界面很好地融會到現(xiàn)有設(shè)備中去，以使得操作方法和步驟得改變僅可能地小。對所選擇的工控微機的運行速度、內(nèi)存和硬盤存儲量一般要求不高，只要能順利地運行目前流行的Windows 9X操作系統(tǒng)即可。通常要求的CPU時鐘頻率在

12、400MHz以上，內(nèi)存大小為64M以上，硬盤5G以上。6.2.2 控制設(shè)備接口板控制設(shè)備接口板是工控微機與傳感器部件相連的適配器件，它的選擇要根據(jù)具體被改造試驗臺設(shè)備的傳感器的類型、型號和工作范圍進行選定。還要注意有一定的可擴展性能。目前許多控制接口板已經(jīng)具有系列化，可以很容易地采購到適用的板卡。6.3 第三類設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)改造第三類試驗臺設(shè)備基本上只是具備了一臺試驗設(shè)備必要的機械部分、電氣控制部分和傳感器部分，沒有任何的數(shù)據(jù)處理能力。為了達到聯(lián)網(wǎng)的目的，不僅需要如對第二類設(shè)備進行改造所必要的措施，還需要根據(jù)具體的情況對其電氣控制部分和傳感器部分進行一定的改變，以適應(yīng)使用工控微機系統(tǒng)進行的控制和處

13、理方式。具體的改造方面有：a 電氣控制部分的修正；b 傳感器部分的更換；c 添加工控微機系統(tǒng)；d 添加控制設(shè)備接口板；e 添加網(wǎng)絡(luò)接口；f 編制控制和數(shù)據(jù)處理軟件；6.3.1 電氣控制部分的修正由于這類試驗臺設(shè)備在設(shè)計電氣控制部分時并沒有考慮到將來要升級使用工控微機來控制系統(tǒng)，因此在其電氣控制部分中和工控微機控制的要求將會有一定的偏差方面，有的可能已經(jīng)太過于成舊而要更新，有的甚至不能適用而不得不重新設(shè)計一套新的電氣控制系統(tǒng)。在設(shè)備的改造過程中，我們應(yīng)該在盡量保存現(xiàn)有的電氣控制的前提下，正確的衡量兩者的取舍關(guān)系。6.3.2 傳感器部件的更換傳感器是整個設(shè)備的信息的來源。傳感器性能的好壞直接影響著整個設(shè)備的性能，由于是設(shè)備改造，設(shè)備已經(jīng)使用過一陣子，各個傳感器的性能和精度可能已經(jīng)有一定的下降，因此在設(shè)備的改造過程中首先要做到對各個傳感器的性能和精度進行測試，更換掉已經(jīng)不能達到要求的器件。另外還需要針對工控微機控制接口板的工作范圍對所使用的傳感器部件作一定的調(diào)整工作。7 結(jié)論無論是從經(jīng)濟上還是技術(shù)上來看，對試驗臺設(shè)備的改